هر روز با محلول هایی از مواد مختلف مواجه می شویم. اما بعید است که هر یک از ما متوجه نقش بزرگی این سیستم ها باشیم. بسیاری از رفتار آنها امروزه از طریق مطالعه دقیق در طول هزاران سال روشن شده است. در تمام این مدت، بسیاری از اصطلاحات غیرقابل درک برای مردم عادی معرفی شده است. یکی از آنها عادی بودن راه حل است. چیست؟ این در مقاله ما مورد بحث قرار خواهد گرفت. بیایید با غواصی در گذشته شروع کنیم.
تاریخچه پژوهش
اولین ذهن روشنی که شروع به مطالعه راه حل ها کردند، شیمیدانان معروفی مانند آرنیوس، وانت هاف و استوالد بودند. تحت تأثیر کار آنها، نسل های بعدی شیمیدانان شروع به تحقیق در مورد محلول های آبی و رقیق کردند. البته آنها مقدار زیادی دانش جمع آوری کرده اند، اما محلول های غیر آبی بدون توجه مانده اند که اتفاقاً نقش زیادی هم در صنعت و هم در سایر زمینه های زندگی بشر دارند.
در تئوری محلول های غیر آبی نامفهوم زیادی وجود داشت. به عنوان مثال، اگر در سیستم های آبی مقدار رسانایی با افزایش درجه تفکیک افزایش می یابد، در سیستم های مشابه، اما با حلال متفاوت به جای آب، برعکس است. مقادیر کوچک الکتریکیرسانایی اغلب با درجات بالایی از تفکیک مطابقت دارد. ناهنجاری ها دانشمندان را برانگیخت تا این حوزه از شیمی را کشف کنند. مجموعه بزرگی از داده ها انباشته شد که پردازش آنها امکان یافتن نظم هایی را فراهم کرد که نظریه تفکیک الکترولیتی را تکمیل می کند. علاوه بر این، امکان گسترش دانش در مورد الکترولیز و ماهیت یونهای پیچیده ترکیبات آلی و معدنی وجود داشت.
سپس تحقیقات فعالتری در زمینه محلولهای غلیظ آغاز شد. چنین سیستم هایی به طور قابل توجهی از نظر خواص با سیستم های رقیق متفاوت هستند، زیرا با افزایش غلظت ماده محلول، تعامل آن با حلال شروع به ایفای نقش مهمی می کند. اطلاعات بیشتر در مورد این در بخش بعدی.
نظریه
در حال حاضر، بهترین توضیح در مورد رفتار یون ها، مولکول ها و اتم ها در محلول، فقط تئوری تفکیک الکترولیتی است. از زمان ایجاد آن توسط Svante Arrhenius در قرن 19، آن را دستخوش تغییراتی شده است. برخی از قوانین (مانند قانون رقیق سازی استوالد) کشف شد که تا حدودی در تئوری کلاسیک نمی گنجید. اما، به لطف کار بعدی دانشمندان، اصلاحاتی در این نظریه انجام شد و به شکل مدرن آن هنوز وجود دارد و نتایج به دست آمده به صورت تجربی را با دقت بالا توصیف می کند.
جوهر اصلی نظریه تفکیک الکترولیتی این است که این ماده وقتی حل می شود به یون های تشکیل دهنده خود - ذراتی که بار دارند - تجزیه می شود. بسته به توانایی تجزیه (تجزیه) به قطعات قوی و ضعیف وجود داردالکترولیت ها قوی‌ها به طور کامل به یون‌ها در محلول تجزیه می‌شوند، در حالی که ضعیف‌ها فقط تا حد بسیار کمی.
این ذراتی که مولکول در آنها تجزیه می شود می توانند با حلال برهم کنش داشته باشند. این پدیده حلالیت نامیده می شود. اما همیشه اتفاق نمی افتد، زیرا به دلیل وجود بار روی مولکول های یون و حلال است. به عنوان مثال، یک مولکول آب یک دوقطبی است، یعنی یک ذره با بار مثبت از یک طرف و بار منفی در طرف دیگر. و یونهایی که الکترولیت در آنها تجزیه می شود نیز بار دارند. بنابراین، این ذرات توسط طرف هایی با بار مخالف جذب می شوند. اما این فقط با حلال های قطبی (مانند آب) اتفاق می افتد. به عنوان مثال، در محلول هر ماده ای در هگزان، حلالیت رخ نمی دهد.
برای مطالعه محلول ها، اغلب لازم است که مقدار یک املاح را بدانیم. گاهی اوقات جایگزین کردن مقادیر معین در فرمول بسیار ناخوشایند است. بنابراین، چندین نوع غلظت وجود دارد که از جمله آنها نرمال بودن محلول است. اکنون به تفصیل در مورد تمام روش های بیان محتوای یک ماده در محلول و روش های محاسبه آن خواهیم گفت.
غلظت محلول
فرمول های زیادی در شیمی وجود دارد، و برخی از آنها به گونه ای ساخته شده اند که گرفتن مقدار در یک شکل خاص راحت تر است.
اولین و برای ما آشناترین شکل بیان غلظت، کسر جرمی است. خیلی ساده محاسبه می شود. فقط باید جرم ماده محلول را بر جرم کل آن تقسیم کنیم. بنابراینبنابراین، پاسخ را در کسری از یک می گیریم. با ضرب عدد حاصل در صد، پاسخ را به صورت درصد دریافت می کنیم.
شکل کمی کمتر شناخته شده، کسر حجمی است. اغلب برای بیان غلظت الکل در نوشیدنی های الکلی استفاده می شود. همچنین به سادگی محاسبه می شود: ما حجم ماده حل شده را بر حجم کل محلول تقسیم می کنیم. همانطور که در مورد قبل، شما می توانید پاسخ را به صورت درصد دریافت کنید. برچسب ها اغلب می گویند: "40% vol."، به این معنی: 40 درصد حجم.
در شیمی، انواع دیگری از غلظت اغلب استفاده می شود. اما قبل از اینکه به آنها بپردازیم، اجازه دهید در مورد چیستی مول یک ماده صحبت کنیم. مقدار یک ماده را می توان به روش های مختلف بیان کرد: جرم، حجم. اما به هر حال مولکول های هر ماده وزن خاص خود را دارند و با جرم نمونه نمی توان فهمید که چند مولکول در آن وجود دارد و این برای درک جزء کمی تبدیلات شیمیایی ضروری است. برای این، مقداری به عنوان یک مول از یک ماده معرفی شد. در واقع، یک مول تعداد مشخصی مولکول است: 6.021023. به این شماره آووگادرو می گویند. اغلب، واحدی مانند مول یک ماده برای محاسبه مقدار محصولات یک واکنش استفاده می شود. در این راستا، شکل دیگری از بیان غلظت وجود دارد - مولاریته. این مقدار ماده در واحد حجم است. مولاریته بر حسب mol/L بیان می شود (بخوانید: مول در لیتر).
یک نوع بیان بسیار مشابه برای محتوای یک ماده در یک سیستم وجود دارد: molality. تفاوت آن با مولاریته در این است که مقدار یک ماده را نه در واحد حجم، بلکه در واحد جرم تعیین می کند. و در دعا بیان می شوددر هر کیلوگرم (یا چند برابر دیگر، مانند هر گرم).
بنابراین به آخرین شکل می رسیم که اکنون به طور جداگانه به آن می پردازیم، زیرا شرح آن به اطلاعات نظری نیاز دارد.
معمولی راه حل
این چیست؟ و چه تفاوتی با مقادیر قبلی دارد؟ ابتدا باید تفاوت بین مفاهیمی مانند نرمال بودن و مولاریته محلول ها را درک کنید. در واقع، آنها فقط با یک مقدار متفاوت هستند - عدد معادل. حالا شما حتی می توانید تصور کنید که نرمال بودن راه حل چیست. این فقط یک مولاریته اصلاح شده است. عدد هم ارزی تعداد ذراتی را نشان می دهد که می توانند با یک مول یون هیدروژن یا یون هیدروکسید برهم کنش داشته باشند.
آشنا شدیم با نرمال بودن راه حل چیست. اما از این گذشته ، ارزش حفاری عمیق تر را دارد ، و خواهیم دید که این شکل پیچیده توصیف تمرکز در نگاه اول چقدر ساده است. بنابراین، بیایید نگاهی دقیق‌تر به عادی بودن راه‌حل بیندازیم.
فرمول
تصور فرمولی از یک توصیف شفاهی بسیار آسان است. به این صورت خواهد بود: Cn=zn/N. در اینجا z ضریب هم ارزی، n مقدار ماده، V حجم محلول است. اولین مقدار جالب ترین است. فقط معادل یک ماده را نشان می دهد، یعنی تعداد ذرات واقعی یا خیالی را که می توانند با یک ذره حداقل ماده دیگر واکنش دهند. با این کار، در واقع، نرمال بودن راه حل، که فرمول آن در بالا ارائه شد، از نظر کیفی متفاوت است.از مولاریته
و حالا بیایید به بخش مهم دیگری برویم: چگونگی تعیین نرمال بودن راه حل. این بدون شک یک سوال مهم است، بنابراین ارزش آن را دارد که به مطالعه آن با درک هر یک از مقادیر نشان داده شده در معادله ارائه شده در بالا نزدیک شویم.
چگونه طبیعی بودن یک راه حل را پیدا کنیم؟
فرمولی که در بالا مورد بحث قرار گرفتیم کاملاً کاربردی است. تمام مقادیر داده شده در آن به راحتی در عمل محاسبه می شود. در واقع، محاسبه نرمال بودن یک محلول با دانستن مقادیری بسیار آسان است: جرم ماده حل شده، فرمول آن و حجم محلول. از آنجایی که فرمول مولکول های یک ماده را می دانیم، می توانیم وزن مولکولی آن را پیدا کنیم. نسبت جرم یک نمونه املاح به جرم مولی آن برابر با تعداد مول های آن ماده خواهد بود. و با دانستن حجم کل محلول، می توانیم با اطمینان بگوییم که غلظت مولی ما چقدر است.
عملیات بعدی که برای محاسبه نرمال بودن جواب باید انجام دهیم، عمل یافتن ضریب هم ارزی است. برای انجام این کار، باید بدانیم که چند ذره در نتیجه تفکیک تشکیل می شوند که می توانند پروتون ها یا یون های هیدروکسیل را به هم بچسبانند. به عنوان مثال، در اسید سولفوریک، ضریب هم ارزی 2 است و بنابراین نرمال بودن محلول در این مورد با ضرب مولاریته آن در 2 محاسبه می شود.
برنامه
در تجزیه و تحلیل شیمیایی، اغلب باید نرمال بودن و مولاریته محلول ها را محاسبه کرد. این بسیار راحت استمحاسبه فرمول های مولکولی مواد.
چه چیز دیگری برای خواندن؟
برای درک بهتر نرمال بودن یک راه حل، بهتر است یک کتاب درسی در مورد شیمی عمومی باز کنید. و اگر از قبل همه این اطلاعات را می دانید، باید به کتاب درسی شیمی تجزیه برای دانشجویان رشته های شیمی مراجعه کنید.
نتیجه گیری
با تشکر از مقاله، فکر می کنیم متوجه شده اید که نرمال بودن یک محلول شکلی از بیان غلظت یک ماده است که عمدتاً در تجزیه و تحلیل شیمیایی استفاده می شود. و اکنون برای کسی پوشیده نیست که چگونه محاسبه می شود.
